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量子物理

arXiv:2505.00297 (quant-ph)
[提交于 2025年5月1日 ]

标题: 用于超导量子电路的低噪声高稳定直流电源

标题: A Low-Noise and High-Stability DC Source for Superconducting Quantum Circuits

Authors:Daxiong Sun, Jiawei Zhang, Peisheng Huang, Yubin Zhang, Zechen Guo, Tingjin Chen, Rui Wang, Xuandong Sun, Jiajian Zhang, Wenhui Huang, Jiawei Qiu, Ji Chu, Ziyu Tao, Weijie Guo, Xiayu Linpeng, Ji Jiang, Jingjing Niu, Youpeng Zhong, Dapeng Yu
摘要: 随着超导量子处理器的快速发展,基于商用现成仪器的电子控制系统在信号密度、功耗和串扰抑制等方面面临着关键瓶颈。 本文介绍了一款专门针对大规模超导量子处理器的定制双通道直流(DC)源模块(QPower)。 该模块提供$\pm$7 V 的电压范围,每通道最大电流为 200 mA,同时达到以下关键性能指标:10 kHz 处的噪声谱密度为 20 nV/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$,在 20 MHz 带宽内输出纹波小于 $<$500 $\mu$V$_{\mathrm{pp}}$,以及 12 小时内的长期电压漂移小于 $<$5 $\mu$V$_{\mathrm{pp}}$。 集成到一个66量子比特量子处理器的控制电子设备中,QPower实现了量子比特的相干时间为$T_1 = 87.6~\mu\mathrm{s}$和拉姆齐$T_2 = 5.1~\mu\mathrm{s}$,并且在12小时的操作过程中,量子比特共振频率漂移被限制在$\pm$40 kHz以内。 这种模块化设计体积小巧且能耗效率高,为具有严格噪声和稳定性要求的中等规模量子处理器提供了一种可扩展的直流电源解决方案,并有可能扩展到其他量子硬件平台和精密测量领域。
摘要: With the rapid scaling of superconducting quantum processors, electronic control systems relying on commercial off-the-shelf instruments face critical bottlenecks in signal density, power consumption, and crosstalk mitigation. Here we present a custom dual-channel direct current (DC) source module (QPower) dedicated for large-scale superconducting quantum processors. The module delivers a voltage range of $\pm$7 V with 200 mA maximum current per channel, while achieving the following key performance benchmarks: noise spectral density of 20 nV/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$ at 10 kHz, output ripple $<$500 $\mu$V$_{\mathrm{pp}}$ within 20 MHz bandwidth, and long-term voltage drift $<$5 $\mu$V$_{\mathrm{pp}}$ over 12 hours. Integrated into the control electronics of a 66-qubit quantum processor, QPower enables qubit coherence times of $T_1 = 87.6~\mu\mathrm{s}$ and Ramsey $T_2 = 5.1~\mu\mathrm{s}$, with qubit resonance frequency drift constrained to $\pm$40 kHz during 12-hour operation. This modular design is compact in size and efficient in energy consumption, providing a scalable DC source solution for intermediate-scale quantum processors with stringent noise and stability requirements, with potential extensions to other quantum hardware platforms and precision measurement.
主题: 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2505.00297 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2505.00297v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.00297
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来自: Jiawei Zhang [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 5 月 1 日 04:39:00 UTC (2,037 KB)
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